分子热运动热和功气体

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1、第九讲分子热运动热和功气体问题一分子动理论1、物质是由大量分子组成的(1)“大量”——阿伏伽德罗常NA=6.02×1023mol-1,即1mol任何物质都含有6.02×1023个分子。(2)“分子”——热学中原子、离子、分子的统称。分子的分布：对固、液体，可视为紧密排列；对气体则不能认为是紧密排列。分子的形状：球体或立方体。(3)宏观量和微观量之间的关系宏观量：质量m、摩尔质量M、体积V、摩尔体积VM、密度ρ(不适用单个分子)等。微观量分子质量m0、分子体积V0、分子直径d、分子间距、分子个数N等。注意气体与固、液体分子排列的不同！(4)油膜法估测分子大小

2、将体积为V的油滴到水面上，使其均匀地、尽可能地散开成很薄的一层，此时可以认为油分子一个挨一个地紧密排列成单分子层油膜，油膜的厚度就是单个分子的直径d，因此只需测出油膜的面积S，就知道该油分子的近似直径d=V/S。实验时所用的是酒精油酸溶液，当酒精油酸溶液溶于水时，酒精溶于水，油酸形成单分子油膜。2、分子在永不停息地做无规则热运动(1)扩散现象不同物质互相接触时彼此进入对方的现象。扩散现象不仅在气体间可进行，在液体和固体间也可进行。扩散原因是分子在有空隙的分子间无规则运动。扩散运动的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快。(2)布朗运动显微镜下观察到的悬浮在液体

3、中的花粉颗粒的运动称为布朗运动。布朗运动既不是液体分子的运动，也不是固体(花粉颗粒)分子的运动。布朗运动是由于无规则运动的液体分子对花粉颗粒频繁碰撞的不均匀而产生。因此，布朗运动反映了液体分子的无规则运动。温度越高，颗粒越小，布朗运动越剧烈。下图右所示的是每隔30s悬浮微粒运动的位置连线，不是悬浮微粒的运动轨迹。为什么颗粒越小，布朗运动越明显？3、分子间存在相互作用力(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力。(2)引力和斥力都随分子间距离的增大(减小)而减小(增大)，但斥力总是比引力减小(增大)的快。(3)当分子间距r=r0=10-10m时，F引=F斥，

4、分子力F=0；当分子间距r>r0时，由于斥力减小的快，因此分子力F表现为引力；当分子间距r>r0时，F引≈0，F斥≈0，因此分子力F=0。【例题1】已知铜的密度为8.9×103kg/m3，摩尔质量为6.4×10-2kg/mol，阿伏伽德罗常数为6.0×1023mol-1，求1cm3的铜所含有的分子个数以及每个铜分子的体积。【解答】先求出V=1cm3铜的摩尔数n=m/M=ρV/M，再利用阿伏伽德罗常数这个桥梁，求得所含有的分子个数N=nNA=ρVNA/M≈8.3×1022个.由于铜分子是紧密排

5、列的，因此有VM=NAV0,而M=ρVM，所以每个铜分子的体积为V0=M/ρNA≈1.2×10-29m3或者V0=V/N≈1.2×10-29m3【例题2】若以μ表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：①②③④其中A.①和②都是正确的B.①和③都是正确的C.②和④都是正确的D.①和④都是正确的【解答】此题涉及到水的两种状态：液态的水和气态的水蒸气，它们在分子排列方式上不同。对于液态的水，其分子是紧密排列的，因此有μ=NAm，故③式正确。对

6、于气态的水蒸气，其分子间距较大，因此有ρv=NAm，故①式正确。但v≠NAΔ，故④式错误。这里的ρ是水蒸气的密度，不是水的密度，故②式错误。因此，本题正确选项是B。问题二物体的内能1、分子热运动的平均动能(1)单个分子热运动的动能是不确定的，但大量分子热运动的平均动能是确定的。(2)对于“单个分子”∝T(T为热力学温度)，这里的在一定温度下是由大量分子共同决定的。同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率也不相同。对于大量分子(物体)(N为分子的个数)(3)温度是物体分子热运动平均动能的标志。2、分子

7、热运动的势能分子势能由分子间的相互作用力和分子间距离决定。分子势能的变化跟分子力做功有关。分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加。因此，分子间距离变化，即物体体积变化，则分子势能随之变化，显然，当r=r0时，分子势能最小(不等于0!)。在讨论分子势能时，一般取无限远处为分子势能零点。3、物体的内能和内能的改变(1)物体的内能物体中所有分子做热运动的平均动能和分子势能的总和叫做物体的内能。由于一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成，因此任何物体都具有内能。物体的内能跟物体的体积V、温度T和组成物体的分子数N有关。(2)物

8、体内能的改变做功：其他形式的能转化为内能。热传递：内能在不同物体(